物流专业虚拟仿真教学应用研究<br/>——以武汉交通职业学院为例

物流专业虚拟仿真教学应用研究
——以武汉交通职业学院为例

2022-11-01杨晋，张诚

物流技术 2022年7期

杨晋，张诚

（武汉交通职业学院，湖北武汉 430065）

0 引言

随着我国现代物流业智能化、数字化发展，物流人才培养方式需要随之变革。虚拟仿真教学已逐步成为改革教学模式的重要方法，备受国内外教育界的关注。我国虚拟仿真教学起步相对较晚且水平滞后，如何在专业教育领域应用虚拟仿真技术促进教学改革，是一个值得研究的话题。本文以物流专业为例，探讨了虚拟仿真教学的应用。

1 虚拟仿真技术在教育领域应用概况

随着新一代信息技术和人工智能技术的广泛应用，现代物流业发生深刻变革，未来需要的物流人才方向是能够适应物流行业发展趋势的新型人才，即适应物流行业智能化、数字化发展的需要的复合型、高素质技术技能人才。虚拟仿真技术是现代教育重要的引领手段之一，是指利用虚拟现实技术或模拟技术模仿另一个真实系统的技术。虚拟仿真教学，是将虚拟仿真技术应用于专业人才培养及课程教学过程中的一种教学模式，即利用相关软硬件设备创设的虚拟环境，模拟业务场景或真实事例进行操作、设计、运行任务的实验或实训的教学方式。

虚拟仿真教学备受世界各国教育界的关注，国外对虚拟仿真技术的研究起步较早，已被应用在学科教学、在线虚拟课堂创设、医疗卫生和建筑与电气工程等领域，如虚拟在线实验、“MR在线学习环境”、临床沟通能力培训MR 系统、建筑工人培训MR 系统以及呈现电气设计模型的MR应用等方面。国内高职院校在专业教学中紧跟前沿技术与人才需求，已经开始运用虚拟仿真技术进行教学，以求打破传统的专业教学模式。部分院校在虚拟仿真实验系统建设、多媒体教学和虚拟仿真设备同步应用、“SPOC+虚拟仿真”融合专业课教学等方面进行了探索，主要应用于钢铁冶金、化工自动化、汽车检测与维修、建筑工程识图、临床医学、物流仓储及综合实训等课程，有利于解决实验实训环节场景不真实、体验感差、过程再现难、安全隐患多等问题，有利于理论与实践相融合，有利于提高教学效率，有利于学生知识和技能水平的提升。

总体而言，国内高校已经在虚拟仿真教学应用改革方面进行了探索，但由于起步较晚，水平较国外有一定差距，特别是在人工智能等技术运用于专业教育的融合机制、合理选择虚拟仿真技术、虚拟仿真实训基地建设、虚拟仿真教学资源配套、师资队伍建设等方面还有待提高。

2 物流专业虚拟仿真教学关键点

（1）虚拟仿真技术与物流专业教育的融合。随着虚拟仿真技术的广泛应用，如何将虚拟仿真技术与物流专业教育融合成为关键。在虚拟仿真技术下物流专业人才培养目标、教学主体、教学组织、教学情境均将发生变化，当今物流行业发展对物流人才的需求是跨专业、复合型人才，因此可构建基于虚拟仿真的跨领域融合教学模式，对教学活动、教学环境、教学目标、教学内容和教学评价等进行优化设计，以期能够在虚拟仿真技术支持下，更好地实现专业人才培养目标。

（2）物流专业教学中虚拟仿真技术的选择。物流行业较多的业务都发生在物流节点，即物流网络中连接物流线路的结节之处，或者是货物中转、集散和储运的节点，包括港口码头、航空港、铁路货运站、公路枢纽、大型仓配中心、物流园区等。对于物流节点业务场景的仿真，有增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR）等技术，这三种技术可以简单地归纳为在实物上叠加虚拟场景、完全虚拟幻境场景、合并现实和虚拟世界可人机交互的可视化虚拟环境三种情形，各院校应立定现有的场地设备条件和资金投入预算，选择合适的虚拟仿真技术并在物流专业教学中应用。

（3）物流虚拟仿真实训基地的构成。物流虚拟仿真实训基地，是应用虚拟仿真技术开展教学活动的重要载体，各物流院校在制定虚拟仿真实训基地建设方案时，应考虑由虚拟仿真实训平台、虚拟仿真课程资源及虚拟仿真教学与管理师资队伍等模块组成，以构建“互联网+”“智能+”物流专业教学新形态，推动物流专业教学改革，实现学生培养过程中的职业体验与技能提升相融合、行业文化熏陶与专业知识学习相融合，全方位提升学生的综合素质。

（4）物流虚拟仿真课程资源的配套。物流虚拟仿真教学不仅需要教学软硬件，还需要与之配套的课程资源。各物流院校可考虑构建由基础知识模块和专业技能模块组成的虚拟仿真课程资源体系。基础知识模块的内容可包括物流大事件、物流发展史、物流设备体验、物流安全等，专业技能模块可建设港口码头、航空港、铁路货运站、公路枢纽、大型仓配中心、物流园区等物流节点业务配套的站点。通过课程资源建设，充分发挥虚拟仿真设备功能，真正提升物流专业信息化教学水平。

（5）教学及管理团队的建设。虚拟仿真技术在物流专业教学中应用，将使物流专业教师角色发生深刻变化，对教师而言是新的挑战。因此，必须全面加强物流专业教师的虚拟仿真教学管理和应用能力。一方面，通过多种方式组织教学管理人员的培训工作，促进教学管理的专业化水平进一步提高。同时，通过基础培训、初步应用、深入课堂、校内推广、研讨交流等方式，逐步提升教师虚拟仿真教学应用能力。在新的物流专业虚拟仿真教学模式下，教学及管理人员均需要更好地适应各种变化。

3 物流专业虚拟仿真教学应用目标

（1）增加学习的体验感和学习兴趣。物流专业虚拟仿真教学，通过全真模拟展示和交互，可以改变物流专业传统教学模式枯燥无味的现状，强调学习者的参与性，学习过程中的场景和空间的沉浸感较强，让学习者对物流业务场景有身临其境的真实体验感。其生动的形象、逼真的景象、可实时交互等特点更符合当代物流专业学生的身心需求和认知特点，从而激发学生的学习兴趣，有利于学生熟练掌握职业技能。

（2）构建物流专业教学新形态。物流专业虚拟仿真教学模式，是将虚拟仿真技术融入物流专业教育中，形成一种新的教学模式，它创造了新的教学情境、新的教学任务实施步骤、新的教学效果评价方式，契合了当前教学改革的方向，充分体现了物流专业教育的先进性、实用性、可操作性以及示范性，推进了“互联网+”“智能+”物流专业教育教学新形态的形成。

（3）形成物流工匠培养新路径。物流专业虚拟仿真教学模式，可以践行“知行合一”理念，不仅可以实现理论与实践相结合，切实提高学生的现代物流知识水平、物流业务操作能力和分析解决问题的综合能力，还可以结合物流院校课程思政教学改革的推进，让学生置身逼真的准职业环境，在实践中增长智慧才干，在艰苦奋斗中锤炼意志品质，有利于物流院校落实立德树人根本任务，可形成物流工匠培养的新路径。

（4）提高物流专业教师执教能力。物流专业虚拟仿真教学模式下，教师需大量借助虚拟仿真技术实施教学各环节，可促使教师不断提高信息化、数字化教学能力。同时，教师需要根据虚拟仿真教学资源设置内容合理、难易适中的学习任务给学生，可提高教师的教学设计能力。虚拟仿真技术应用于物流专业教学，需要教师根据专业人才培养目标不断充实虚拟仿真课程资源，需要和企业人员或者其他专业教师跨界共同研发新的课程资源甚至仿真软件，对教师的研发能力提高十分有利。

4 物流虚拟仿真教学案例介绍

武汉交通职业学院按照《职业教育提质培优行动计划（2020-2023年）》相关要求，以教育部科技发展中心高校产学研创新基金课题研究为契机，探索了物流虚拟仿真教学典型案例。

（1）物流虚拟仿真教学体系的框架。该校坚持职业教育改革转型发展正确方向，对接湖北省、武汉市物流行业发展战略，紧密结合智慧交通物流专业群特色，制定了物流专业虚拟仿真实训基地建设方案。该方案旨在通过大力推进基于虚拟仿真的“互联网+”“智能+”物流专业教学新模式，推动物流专业教学改革，实现在职业体验与技能提升相融合、行业文化熏陶与专业知识学习相融合，全方位提升学生的素质。

（2）物流虚拟仿真场景的选择。选择仓储配送中心、港口码头和航空港三个典型物流节点的仓储作业业务，作为物流转载作业环节场景，构建现代物流节点虚拟仿真沉浸式课堂，再现真实的仓储配送中心、港口码头和航空港的仓储作业业务操作。利用混合现实（MR）技术的虚拟仿真与虚拟现实（VR）技术，集成虚拟合成技术、头戴设备、光学追踪设备、手柄交互设备、装卸搬运模拟设备、货物存储设施，配套物联网传感、物联网控制、大数据分析、互动教学平台等，实现仓储作业实训的任务设计与实施。

（3）物流虚拟仿真实训教学应用案例概况。根据总体方案，该校开发了“四库一场九区”多维仓储作业虚拟仿真实训教学应用案例。“四库”是指单层仓库、多层仓库、立体仓库和露天仓库；“一场”是指同时具备各物流节点转载作业要求的堆场，“九区”是指仓库内重型（托盘）货架区、立体库区、重型货架散货区、电子标签货架区、阁楼货架区、密集存储区、机器人作业区、散货装卸区与集装箱装卸区。“多维”是指将真实企业多空间维度仓储布局与基于时间序列维度作业任务优化统筹的结合。该案例整合该校国家物流实训基地所有软硬件设备，结合真实物流企业工作任务，利用虚拟仿真技术，串联“四库一场九区”各部分，形成综合立体的虚拟仿真实训教学项目。

（4）物流虚拟仿真教学资源的整合。将虚拟仿真教学资源进行整合，分成三类。一是纯虚拟资源，以虚替实。对于仓储布局规划、仓储财务管理及仓储人力资源管理等学习任务，采用虚拟现实（VR）技术进行用纯虚拟场景替代实际工作任务开展教学。二是模块化资源，以虚辅实，即针对仓储作业业务中的接货、堆码、上架等环节，用混合现实（MR）技术的设备辅助教学，可实现虚拟场景叠加于实训室真实场景的效果，构建虚实协同，人机交互的教学模式。三是数字孪生资源，虚实协同。通过集装箱堆场装卸桥实训系统、叉车模拟器、自动顶升机器人、电子标签、分拣线、播种墙与相应虚拟仿真教学软件结合，将虚拟仿真模型与实际设施设备彼此映射，完成物流仓储作业业务教学。

（5）物流虚拟仿真实训教学应用案例实施成效。该案例于2021年入选湖北省教育厅数字校园应用场景案例，项目组基于该案例形成培训包1个，完成普罗格-物流管理职业技能等级认证考试考前培训和西藏山南二职现代物流综合作业（中职）国赛指导社会培训项目，培养的学生获省级以上创新创业大赛二等奖1项、三等奖4项。项目组成员1人荣获全国物流职业教育教学名师称号，3人获湖北省职业院校教学能力大赛荣获团体二等奖，1人获“湖北工匠杯”技能大赛物流服务师技能竞赛职工组一等奖，总结形成的物流虚拟仿真实训基地建设经验，面向“一带一路”的老挝等国家6所职业院校师生培训180人次，引起强烈反响。